WO2016012471A1 - Kühlung eines metallischen strangabschnitts - Google Patents

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WO2016012471A1
WO2016012471A1 PCT/EP2015/066700 EP2015066700W WO2016012471A1 WO 2016012471 A1 WO2016012471 A1 WO 2016012471A1 EP 2015066700 W EP2015066700 W EP 2015066700W WO 2016012471 A1 WO2016012471 A1 WO 2016012471A1
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WO
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cooling
control signals
coolant
strand
switching valves
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PCT/EP2015/066700
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Fuernhammer
Peter Ladner
Markus Mairhofer
Rudolf Scheidl
René STELLNBERGER
Helmut Wahl
Philipp Wieser
Stefan WOESS
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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Publication date
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Priority to EP15744524.8A priority patent/EP3171998B1/de
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/0207—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the work being an elongated body, e.g. wire or pipe

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a strand section of a metallic strand according to the preamble of claim 1 and a cooling device according to the Oberbe ⁇ handle of claim 14.
  • a metallic melt is fed to a usually oscillating, water-cooled mold, solidified therein at least in the edge zone and usually continuously - already in the form of a strand - from the mold of a mold nachgela ⁇ êteed strand guiding device of the continuous casting and fed through these promoted through.
  • WO 2012/163878 proposes a cooling device with switching valves and cooling nozzles.
  • a strand in continuous casting is conventionally poured continuously and strand endless generated between the start of casting and the end of casting is typically cut to slab length after the strand ⁇ pour, to the term "strand portion" and a portion of the endless erzeug ⁇ th strand fall,
  • the strand is cut off even before cooling in the cooling device, typically a strand section is merely a "virtual section". of the me- tallischen strand, which is moved with the casting speed through the cooling device of the continuous casting machine.
  • Another object be ⁇ is to reduce undesirable pressure surges in the pipes of the cooling region or to the leads of the coolant in the cooling region.
  • Switching valves is effected and on the other hand, caused by the time ⁇ offset a reduction of the pressure surges and consequently a homogenization of the coolant flow rate through the ge ⁇ opened cooling nozzles.
  • Such can be counteracted by simple means of an unwanted influence on thedestoffbeetzstoffungsêt.
  • the method according to the invention in particular the above-mentioned type of determination of the control signals allows the rich ⁇ conveyed through thedebe strand section is acted upon at the end of the cooling region with a substantially equal over the strand sectiondestoffbeetzschungs dismiss.
  • a reliable and efficient cooling of the strand portion is thus achieved, in particular, that undesirable push poking be reduced in the pipes of the cooling region or to the Zulei ⁇ obligations of the coolant in the cooling region.
  • the invention is based on the recognition that in the promotion of the strand through the cooling area primarily along the strand a different degrees of reheating the
  • the coolant intermittently - ie with temporal interruptions ⁇ tions - applied to the strand. This way you can an amount of coolant and thus the cooling performance in a simple, robust and energy-efficient manner over a wide who are set ⁇ ues custody.
  • ⁇ termittierenden coolant application - which is unsteady - a uniform coolant supply can not be readily ensured, since there is an unwanted interaction between the time interruptions of the coolant application and other process variables of the
  • Continuous casting process can come.
  • a strand portion partially or completely during a temporal interruption of the coolant application - or for example also with a defect of a cooling nozzle or the ⁇ same - conveyed through a cooling zone the strand section experiences an unwanted reduction of the cooling or no cooling. This, in turn, may be accompanied by an undesirable reduction in strand quality.
  • Such an unwanted reduction of the cooling or a Qua ⁇ formality penalty can be avoided if a uniformdovdovetzschlagungs Why - byméffenmen- ge in the sense per unit area - is effected on the strand section.
  • the uniform coolant loading density can be effected at the latest up to the time of conveying the strand section through the cooling region-that is, at the end of the cooling zone. Due to the inven- tion the control signals are set such - expressed club ⁇ kindled, the periodic interruptions of the coolant application to be adapted specifically to the strand - in that the said disadvantage of the intermittentdemit ⁇ telaufbringung is overcome.
  • a strand section may be a section of the strand in a strand longitudinal direction or in a conveying direction of the strand through the cooling region.
  • a strand in its overall length may at least predominantly be formed from a plurality of strand sections.
  • the division of the strand into a plurality of strand sections may be an imaginary division of a quasi-continuous - ie integrally connected by at least half of the length the strand guide device running - strand be.
  • the metal strand may be at least a preponderance of steel containing ⁇ or be a steel strand.
  • a cooling region in the sense of the present invention may be an area through which the strand section or strand for the application of coolant is conveyed.
  • the cooling region is expediently arranged along the strand guiding device of the continuous casting machine, preferably within the region of the strand guiding device.
  • the continuous casting machine can comprise a plurality of cooling regions arranged one behind the other, in particular in the conveying direction of the strand.
  • Example ⁇ example of the cooling region may be a region that is wettable by ausenses from the cooling nozzle coolant.
  • the intermittent coolant application can be achieved by repeatedly switching back and forth between an open and a closed state of the switching valves.
  • the switching valves are theharidü ⁇ sen upstream in the coolant flow direction.
  • the switching valves are controlled with binary Steu ⁇ ersignalen.
  • Binary can mean that the control signal can assume two states, in particular 0 or 1 or HI or LOW.
  • a switching valve is controlled by a control signal.
  • each of the switching valves controlled by a separate control ⁇ signal.
  • a Grup ⁇ pe multiple switching valves is controlled by one and the same Steuersig ⁇ nal, in particular simultaneously.
  • a switching valve may in turn release or shut off a flow of coolant through a single cooling nozzle. It is also conceivable, however, for several coolant flows to be released through a group of several cooling nozzles through one and the same switching valve. be given or shut off.
  • the binary control signal is a pulse-width-modulated control signal whose signal-intrinsic properties can be defined by a carrier frequency, a pulse width ratio and a phase shift or the like.
  • Definition in the sense of the present invention may mean that at least one signal-technical property of a control signal, for example the carrier frequency, is modulated or adapted or changed.
  • the STEU ⁇ ersignale can be set by modulating at least one of its signal properties, in particular their respective carrier frequency their respective pulse width ratio and / or their respective phase shift to one of the other control signals.
  • the determination he ⁇ advantageously follows depending on at least one state variable, which may be a state variable of the continuous casting process (eg, the casting speed), the strand, the cooling device or the like.
  • the coolant admission density in the sense of the present invention may be understood to mean a unit of quantity of the coolant in relation to a unit area of the strand section.
  • thedeffenbeauf ⁇ deposition density a refrigerant quantity per unit area that can be indicated for example with the unit 1 / m 2.
  • the invention provides that the temporal interruption of the intermittent coolant application to the strand portion in the cooling region by a modu ⁇ lation - that is, a change in the signal characteristics - of the control signals is adjusted such that a surface to be cooled of the rod portion after passing through the cooling requirement Reich has experienced the same cooling performance at every point through the action of the coolant.
  • a physical state of the cooling ⁇ determined by means of descriptive state variable, in particular in the region of at least a plurality of the switching valves
  • a course of the stalled status is compared with a reference course.
  • a Kingtzel is a function of the comparison, a soupzu ⁇ was determined at least one of the switching valves and / or one of the cooling nozzle of the cooling device.
  • the determination of a fault condition of the cooling device can, in addition to determining whether a defect or defect of the cooling device is present, also the detection of which element of the cooling device is defective, ie a localization of the defective element of the cooling device - include.
  • control signals - in particular by modulating at least one of its signal properties - determined such that the error state is to be compensated ⁇ least temporarily, preferably without causing an unwanted effect on the strand quality.
  • Switching valve and / or a defective cooling nozzle in time delayed and a production-free life of the strand ⁇ pouring machine can be reduced.
  • Compensating an error state can mean that the control signals are determined or adjusted in such a way that, even in the presence of an error condition, the strand section at the end of the cooling region has been acted upon by a coolant impingement density which is essentially the same over the strand section. That is, when compensating an error condition, the control signals are expediently determined or adjusted so that the strand section at the end of the cooling region has been subjected to the same or essentially the same coolant loading density via the strand section as in the case that no fault state the cooling device is present. So there are advantageously the effects of the fault condition compen ⁇ Siert.
  • Determining the error condition is reasons to-the realization that the cooling device for the application of the coolant can be at least partly due to an error be ⁇ impaired in their function. To an unintended effect of such a fault condition to counteract the uniformdeffenbeauf ⁇ crushing of the strand section, it is desirable to be able to detect a fault condition of the cooling device to ⁇ reliable.
  • An error condition of the cooling device may be due, inter alia, to a defect in one or more of the switching valves and / or one or more of the cooling nozzles. For example, can or can
  • a switching valve and / or a cooling nozzle may be clogged to ⁇ least partially or the like.
  • Switching valve and / or a defective cooling nozzle clearly local- can be achieved must be Siert to adjust the setting of the control signals ver ⁇ drive according to, so that even in the presence of such a fault condition, a uniformdeffenbeauf ⁇ suppression of density.
  • the determination of an error state by one sensor per switching valve and / or per cooling nozzle can be complex and error-prone, since a large number of sensors is required.
  • determining a state variable describing the state of the coolant in the region of at least one of the switching valves and / or several coolant supply lines common to the cooling nozzles it is possible to reduce the metrological outlay for determining a fault condition. That is simplified out ⁇ expresses a sensor is placed on the cooling device and determines a measured value, rather than to place multiple sensors at multiple locations of the cooling device to determine a plurality of measured values.
  • the state variable may in particular be a state variable of the coolant, for example a pressure, an acceleration, a sound pressure, a flow or the like.
  • the state variable is determined on a coolant ⁇ feed line which feeds a plurality of switching valves and / or cooling ⁇ nozzle with coolant.
  • the state quantity may be in a regular operation of the cooling device - i. during a strand production - and / or determined during a maintenance operation of the cooling device.
  • the reference profile may be a course of the determined at ⁇ stand size over time, over a frequency or the like which is determined in an error-free function of the cooling device or was.
  • the comparison can be made by a mathematical operation taking into account the reference curve and the course of the state variable.
  • the comparison can be made by a between the course of the state variable and the reference curve.
  • the cooling device comprising switching valves, cooling nozzles, a coolant and a control device, which control device is prepared for determining binary pulse width modulated control signals and for driving the switching valves with the control signals, for cooling a metallic strand section in a cooling region of a continuous casting machine , provides that the control device is prepared for determining a phase shift of one of the control signals.
  • the invention is based on the recognition that measuring and / or control engineering measures are required for the reliable and efficient cooling of the strand section.
  • the invention makes it possible to implement the measures according to the method in that the cooling device has the control device set up in this way.
  • the cooling device according to the invention is adapted to the inventive method, at least one particular insbeson ⁇ described below Wide Erbil ⁇ applications of the inventive method to perform.
  • the cooling device can have a measuring device and / or a determination device.
  • the measuring device advantageously comprises a sensor, which is prepared for the determination of a condition of the coolant be ⁇ write state quantity in the region of at least several ⁇ ren switching valves and / or cooling jets common coolant supply line.
  • the determination device is prepared for comparing a curve of the state variable with a reference curve and for determining an error state of the cooling device as a function of the comparison.
  • control device is set up to fix the binary pulse-width-modulated control signals in such a way that a signal propagated through the cooling region
  • ⁇ t p / n fest ⁇
  • t p the period of the control signal, that is, the reciprocal of the carrier frequency F is.
  • the control signals may have different carrier ⁇ frequencies and / or pulse width ratios may be necessary to deviate from simple arithmetic calculation methods for determining the control signals.
  • a phase shift of one of the control signals is determined using a numerical optimization method for minimizing a volume flow fluctuation of the coolant.
  • the volume flow fluctuation can describe a fluctuation of a coolant flow through a line or feed line of the cooling device.
  • a frequency spectrum of the volume flow can be determined.
  • the frequency spectrum can be split into a constant and a trigonometric term.
  • the term can trigonometric inputs from the Pulswei ⁇ tenofficen and the phase shifts of the Wegsig- depend. Given the pulse width ratios of
  • the optimization method can be carried out with a so-called genetic algorithm, a gradient-based method or the like.
  • At least two of the control signals are set with different carrier frequencies.
  • a carrier frequency may be the reciprocal of a time period between two state changes of a control signal from LOW to HI and / or from HI to LOW, respectively.
  • a comparatively high carrier frequency can cause comparatively fast intermittent coolant application.
  • the carrier frequency may be the reciprocal of a period of a control signal cycle.
  • the at least two control signals can each drive a switch ⁇ valve, the respective switching valve respectively release a flow of coolant through a cooling nozzle and / or below break. In this way, different amounts of coolant can be applied to the strand by the cooling nozzles addressed in this way.
  • the application of different quantities of coolant - in particular in different ranges of the cooling device, one after the other in the conveying direction of the strand - may be advantageous for achieving an equal coolant loading density over the strand section.
  • the length of the cooling region may be along the strand conveying direction of an extension of thedebe ⁇ Reich substantially.
  • the length of the cooling region may be a length of a region to be acted upon by a cooling nozzle with coolant.
  • the cooling device with cooling encompasses different lengths, in this way, in particular ⁇ special under such circumstances, a uniform coolant ⁇ loading density can be achieved. Furthermore, it is advantageous if a carrier frequency ei ⁇ nes of the control signals in dependence of a cycle time of the strand by a beauf ⁇ by a cooling nozzle with coolant ⁇ beatable area, in particular a cooling area is set.
  • the cycle time can be the quotient of the length of theharibe ⁇ rich and the strand speed.
  • a carrier frequency of the control signals is determined in dependence on a Sprühprofils theharidedü ⁇ sen.
  • the spray pattern may be along a wet surface by means of a cooling nozzle, a profile of a recoverabledemit ⁇ telbeetzyerungsêt.
  • Strangs and / or a length of the cooling region and / or a spray profile of the cooling nozzles is determined.
  • a pulse width ratio ei ⁇ nes of the control signals in dependence of a speed of the strand and / or a length of the cooling region and / or a spray profile of the cooling nozzles is determined.
  • control signals By defining one or more of the control signals in the aforementioned manner, it can be achieved that the admission of a strand section with coolant after passing through a cooling zone has essentially the same coolant application density over the strand section.
  • At least two of the control signals having different pulse width ratios are set.
  • the pulse width ratio may describe the relative proportion of a control signal pulse - ie a binary HI state - on the period of the control signal waveform.
  • a pulse width ratio of 100 ⁇ 6 describes a control signal with a permanent state 1 or HI.
  • a pulse width ratio of 50% ⁇ describes a control signal with a rectangular profile, the rectangular pulses each lasting one half of the one period.
  • a pulse width distortion ⁇ ratio of the control signals is defined as a function of an error ⁇ state of the cooling device.
  • a phase shift ⁇ environment of the control signals to another of the Steuersig ⁇ nal is determined in response to a fault condition of the cooling device and / or a carrier frequency of the STEU ⁇ ersignale is determined in response to a fault condition of thehariein ⁇ direction.
  • the pulse width ratio of a Steuersig ⁇ Nals can be changed to control another cooling nozzle such that the error caused not applied coolant ⁇ quantity is applied by means of the further cooling nozzle in addition to the strand. In this way, it is possible to counteract unwanted, erroneously uneven coolant admission of the strand.
  • a cooling nozzle and a cooling nozzle row may in particular be at a particularly high casting speed or a particularly short length of a cooling section, a uniformdeffenbeaufschlagungs ⁇ density not be achieved readily.
  • a frequency spectrum of the state variable is determined using a course of the state variable and compared with a reference frequency spectrum.
  • the course of the state variable may be a timing, insbeson ⁇ more complete a course of pressure over time.
  • the ⁇ He mediation of the frequency spectrum can be followed by a so-called fast Fourier transform method or the like ER.
  • the reference frequency spectrum is a frequency spectrum that is or was determined in a fault-free operation of the cooling device.
  • a state variable shock - ie an abrupt change of a state variable over time - of the coolant in the coolant supply line can be effected.
  • a shock may have a frequency spectrum with a frequency excursion - ie a peak or the like.
  • the switching of multiple switching valves may cause several re ⁇ each characteristic frequency peaks within the frequency spectrum, whereby individual peaks single ⁇ NEN switching valves and / or cooling nozzles can be assigned.
  • a defective switching valve and / or a defective cooling nozzle can be determined and located in a simple manner in this way.
  • At least one of the switching valves is triggered by a control signal having a temporarily increased switching test frequency.
  • a frequency spectrum of the state variable is determined. If the switching test frequency is not included in the frequency spectrum as a characteristic frequency increase, it is possible to conclude an error condition at the switching valve controlled by the switching test frequency and / or a cooling nozzle downstream of this switching valve.
  • a plurality of switching valves which are fed from a common coolant supply line, one after the other, preferably for 2 s to 4 s, driven at the Wegtest- frequency. It is advantageous if the switching ⁇ test frequency exceeds a common switching frequency or carrier frequency of the switching valves at least by a factor of two. In this way, an error condition can while avoiding loading influencing thedestoffbeetzungs emphasize be determined during a Regulae ⁇ ren operation of the cooling device.
  • the state variable is determined with a pressure sensor.
  • Pressure sensors are widely tried and available in a variety of adapted to the particular application embodiments.
  • the state variable may be ermit ⁇ telt reliable and inexpensive.
  • the size to ⁇ was determined using a flow sensor.
  • the state variable is determined with a sound sensor.
  • the sound can be determined, for example, directly at a coolant supply line or indirectly at another location of the cooling device, and the introduction of a sensor system into the coolant flow can be avoided.
  • a sensor system into the coolant flow can be avoided.
  • the state variable is determined by means of an acceleration sensor. Acceleration sensors are widely tried and available in a variety of adapted to the particular application embodiments. To this Way, the state variable can be determined reliably and inexpensively.
  • the inven- tion proper method in particular one of its top ⁇ be written developments, used in one of several cooling zones of the continuous casting.
  • the expression "in one of several cooling regions” can be understood as “in exactly one cooling region of a plurality of cooling regions” or as “in only one cooling region of a plurality of cooling regions.”
  • the process according to the invention, in particular one of its developments described above, can be considered be used in each case in several cooling areas of the continuous casting machine.
  • the detecting means to determine a frequency spectrum of the ⁇ to the stand area, preferably prepared using a time history of the state quantity.
  • the determination device is prepared for comparing the frequency spectrum of the state variable with a reference frequency spectrum. Furthermore, it is advantageous if the determining device is prepared for determining defective switching valves and / or cooling nozzles using the comparison.
  • control device is prepared for determining a carrier frequency of one of the control signals.
  • control device is prepared for establishing a pulse width ratio of one of the control signals.
  • the cooling device it is preferred if the cooling device to be ⁇ directed, at least two of the control signals with bottom set different carrier frequencies and / or pulse width ratios. t it if the
  • control device is prepared for establishing a phase shift of one of the control signals in one of a plurality of cooling regions of the continuous casting machine.
  • the phrase "in one of several cooling areas” may be understood to mean “in exactly one cooling area of a plurality of cooling areas” and "in only one cooling area of a plurality of cooling areas.”
  • the control means may determine a phase shift of one of the control signals be prepared in several cooling areas of the continuous casting machine.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cooling device, comprising switching valves and cooling nozzles, for
  • FIG. 2 shows a schematic representation of binary pulse width modulated control signals for controlling the switching valves from FIG. 1,
  • FIG 3 is a diagram showing a relation betweendeffenbeetzschlagungs Why and hard ⁇ interpretation of the control signals of FIG 2,
  • FIG 4 shows a diagram analogous to FIG 3 in accordance dreieckförmi- spray profile of the cooling nozzle in conveying direction of a strand portion
  • FIG 5 is a diagram of a frequency spectrum of thedemit ⁇ tel horrs at circuit of a switching valve, the switching valve of FIG 1,
  • FIG. 6 shows a diagram of a frequency spectrum according to FIG. 5 when switching a plurality of switching valves
  • FIG. 7 shows a diagram with a comparison of two frequency characteristics in the presence of an error state at egg ⁇ nem of the switching valves and / or cooling nozzles of Figure 1,
  • Control of the switching valves of FIG 1 with a switching test cycle and 9 to 11 are schematic representations of an optimization method for minimizing a volume flow fluctuation of the coolant in the coolant supply line of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cooling device 2 for cooling a metallic strand section 4 in a cooling region 6 of a continuous casting machine. The latter is not shown for reasons of clarity.
  • the cooling device 2 has switching valves 8, cooling nozzles 10, a coolant supply line 14 leading to a coolant 12, a measuring device 16, a determination device 18 and a control device 20.
  • one of the switching valves 8 is connected upstream of one of the cooling nozzles 10. It is of course also conceivable that a plurality of cooling nozzles, for example a so-calleddedüsenbal ⁇ ken, be addressed by a single switching valve.
  • the cooling region 6 has the length L and comprises six cooling nozzles 10 arranged one behind the other. However, it is also possible that a cooling region comprises only one of the cooling nozzles 10 and has a length Li.
  • the measuring device 16 includes one at the coolant feed line 14 and a measuring point 22 arranged sensor 24, which one the state of the means ofdemit ⁇ is prepared for the determination of a course of 12 descriptive state variable.
  • this state variable is the pressure 26 of the coolant 12 at the measuring point 22.
  • the determination device 18 is for comparing a course of the pressure 26 - a time and / or a Frequenzver run or the like - with a reference curve and to determine a fault condition of the cooling device 2 in dependence from the comparison prepared.
  • the control device 20 is prepared for establishing binary pulse width modulated control signals (see FIG. 2: 38, 40, 42, 44) and for controlling the switching valves 8 with the control signals via signal lines 28.
  • the strand section 4 is guided between strand guide rollers 30 and for cooling in a conveying direction 32 - also casting direction - at a speed v by the length L - is conceivable also the length Li - extending cooling region 6 promoted, i. moved past the cooling nozzles 10.
  • the switching valves 8 are each driven by the Steuereinrich ⁇ device 20 with a binary pulse width modulated control signal (see FIG 2), whereby coolant flows are alternately released or interrupted by the cooling nozzles 10, whereby the coolant 12 for cooling intermittently on the strand section 4 in the cooling area 6 is brought up ⁇ .
  • the cooling nozzles 10 each have a triangular spray profile 34 in the conveying direction 32.
  • the binary pulse-width modulated control signals are determined by the controller 20 such that the conveyed through the cooling zone 6 strand section 4 at the end 36 of the cooling portion 6 substantially across the Strangab cut with a ⁇ 4 samedeffenbeetzschlagungs ashamed has been beauf ⁇ beat.
  • the method is not limited in its use to the cooling arrangement shown in this embodiment, in particular for cooling a strand section in the form of a long product in particular, in the form of a so-called beam blanks, bloom, billets, rounds - also: carrier, billet or billet - or the like is suitable.
  • Other cooling arrangements for example for cooling Slabs - also: slabs - can also be operated according to the cooling method.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of exemplary courses of binary pulse-width-modulated control signals 38, 40, 42 and 44 over the time t for driving the switching valves 8 of FIG. 1.
  • the illustration illustrates the characteristics that can be adapted or modulated to determine the control signals, namely period duration , Pulse width ratio and time offset (phase shift).
  • control signals 38 to 44 change in their ordinate-applied signal state u over the time t between 1 and HI and a 0 or LOW, ie are binary in the sense of signal technology.
  • the reciprocal of the period l / t p is Trä ⁇ gerfrequenz F of the control signal 38th
  • the higher the carrier frequency F the shorter is a switching cycle between an open and a closed state of one of the thus controlled switching valves 8 and the shorter the time interruptions of the coolant application to the strand section 4 by the downstream of this switching valve of the cooling nozzles 10 and / or downstream cooling nozzles 10th
  • the control signal 40 is set in comparison to the control signal 38 with a doubled period 2 * t p , thus has a carrier frequency F / 2. Although the absolute pulse width of the control signals 38 and 40 is equal, the pulse width ratio of the control signal 40 is ⁇ / 2. As a result ⁇ which is applied at a control of a switching valve with the control signal 40 in comparison to the control with the control signal 38 within a switching cycle, only the half of a coolant quantity.
  • the control signal 42 has compared to the control signal 40, the same period 2 * t p . It is the absolute
  • Pulse width ti / 2 (ti / 2) / (2 * t p ) is.
  • the control signal 44 is set in comparison to the control signals 38, 40 and 42 with a time delay t z and thus has a phase shift.
  • FIG 3 is a diagram showing a relation between thedeffenbeetzungs Why and determining the control signals on the basis of the means of FIG 2 illus trated ⁇ signal characteristics.
  • FIG. 3 shows a state (ordinate, u) of a control signal 46 over time (abscissa, t).
  • the curvature of the control signal 46 corresponds to an average coolant flow q - ie, an average amount of coolant per unit of time - which is applied by a indirectly actuated by the control signal 46 cooling nozzle in adebe ⁇ rich. Furthermore, the area enclosed by the curve 46 up to a time t corresponds to a quantity of coolant dispensed up to this time. A partial section of a strand section enters into the cooling area at time t io and out of it at time t 2 o and in the interim is supplied with a coolant quantity Q. The up to the part section ⁇ brought refrigerant quantity Q corresponding to the area enclosed by a dashed Darge ⁇ presented region 48 hatched area under the curve 46th
  • Cooling range in a same cycle time t n - have al ⁇ so assuming the same speed v the same length or area - and are charged with the same amount of coolant Q. Accordingly, the one conveyed by the cooling region, formed by the two regions 48 and 50
  • the respective cycle time t n of the regions 48 and 50 through the cooling region acted upon by the mean coolant flow q is twice the period t p .
  • FIG. 4 shows, in analogy to FIG. 3, the relationships in the case of a triangular spray profile of the cooling nozzles in the conveying direction of a strand section.
  • the following description will be ⁇ limited mainly to the differences from the exemplary embodiment in FIG 3, is referred to with respect to the same lead- ⁇ bender features and functions.
  • Substantially identical components are basically numbered with the same reference numerals, and features not mentioned are adopted in the following exemplary embodiments without being described again.
  • FIG. 4 shows a control signal course 52 and two areas 54 and 56 of a strand section.
  • the regions 54, 56 of the strand section enter the cooling region at times tso and t6o, respectively, and are discharged from the cooling region at times t 7 o and tso, respectively, and are supplied with the same amount of coolant Q. Accordingly, the conveyed through the cooling area, formed by the two areas 54, 56
  • FIG. 5 shows a diagram of a frequency spectrum of the pressure (ordinate: p (bar), abscissa: f (Hz)) of the coolant 12 in the supply line 14 of the cooling device 2 from FIG. 1 when one of the switching valves 10 is actuated. 26, see FIG 1) can be determined with the sensor 24 of the measuring device 16.
  • the frequency spectrum is determined by the determination device 18 (see FIG. 1) from a time curve of the pressure, here by means of a so-called FFT analysis (Fast Fourier Transformation). It is also possible a so-called Perform partial FFT analysis, ie a fast Fourier transform for a particular frequency range.
  • FFT analysis Fast Fourier Transformation
  • the frequency spectrum has a resonance peak 58 at a frequency f of about 75 Hz.
  • the resonant peak 58 is due to a surge in the coolant supply line 14, which is caused by the switching of one of the switching valves 10.
  • 6 shows a diagram of a frequency spectrum of thedemit ⁇ tel horrbertes (ordinate: p (bar), left abscissa: f (Hz)) for actuation of a plurality of the switching valves 10 (right abscissa: Valve number n (-)).
  • the coolant pressure p is again determined at the measuring point 22.
  • the frequency spectrum has a resonance peak 60 at a frequency f of about 75 Hz.
  • the amplitude of the resonant peak 60 rises above the valve number n. This increase can be explained by a present in the present embodiment, greater distance with increasing valve number n to the measuring point, whereby a hydraulic inductance increases and higher pressure peaks in the coolant 12 are induced.
  • the frequency spectrum - in particular the course of the resonance peaking 60 - is compared by the detection device 18 with a reference curve.
  • a degree of clogging of one or more of the switching valves 8 and / or cooling nozzles 10 can be inferred from the deviation between the reference profile and the course of the resonance overshoot determined by means of the comparison.
  • the advantage of this approach lies in the continuous and thus online - ie during a regular Strangg electprozes ⁇ ses - possible error detection.
  • 7 shows a diagram with a comparison of two frequency curves 62 and 64 of the coolant pressure p (ordinate: p (bar), abscissa: f (Hz)) in the presence of an error state on one of the switching valves 8 and / or cooling nozzles 10 of FIG
  • the curves 62 and 64 relate to the activation of a single one of the switching valves 10.
  • the frequency profile 62 gives a fault-free state as ⁇ , ie represents a reference frequency characteristic.
  • the Fre ⁇ quenzverlauf 64 adjusts, for example, in a clogged, non-switchable or otherwise non-switchable switching valve and / or an impaired cooling nozzle. The comparison between the two frequency curves 62 and 64 can clearly determine a fault condition.
  • FIG 8 is a diagram showing a pressure profile 66 over time (abscissa: t (s)) for control of the switching valves 8 of Figure 1 with a switching test cycle 68, which is fixed ⁇ union by the timing of the control signals.
  • the determination of an error state can in turn by a
  • the pressure curve 66 and to fold with a suitable convolutional ⁇ signal a signal describing the pressure profile 66.
  • the folding signal can be selected so that a gain and / or Rauschunterdrü ⁇ ckung are beneficial as possible.
  • a function sin 2 (t) can be selected as the convolution signal or function.
  • 9 to 11 show a schematic representation of an optimization method for minimizing a volumetric flow fluctuation of the coolant 12 in the coolant supply line 14 of FIG. 1. By minimizing the volumetric flow fluctuation, an undesired influence on the coolant admission density can be counteracted.
  • control signals for controlling the switching valves are determined with the same pulse width ratios, then a simple approach can be used:
  • a variable delay times t z (see FIG. 2) between the pulse sequences of the control signals, the repercussions on the higher-level supply system-that is, the volume flow fluctuation-can be minimized.
  • a group of 6 switching valves (cf. 1, 8) with 6 downstream cooling nozzles 10, which are driven with a carrier frequency F of 1 Hz and the same pulse width ratio K of 50%.
  • F carrier frequency
  • K pulse width ratio
  • the undesirable system reaction can be reduced.
  • the control signals for controlling the switching valves are determined with different pulse width ratios ⁇ , then this simple approach can no longer be used and it is advantageous to use that in FIGS. 9 to 11 illustrated optimization method for determining the control signals to use.
  • a frequency spectrum of the flow or the volumetric flow of the coolant 12 through the coolant supply line 14 is determined.
  • the determination of this frequency spectrum can be carried out, for example, from the pressure p determined with the sensor 24 of the measuring device 16 for the indirect determination of the volume flow of the coolant 12 or by a direct determination of the volume flow and a subsequent FFT by means of the detection device 18.
  • the frequency spectrum of the flow A is split into a constant and a trigonometric term, wherein the trigonometric term is dependent both on the pulse width ratio ⁇ and the switching delay times t z .
  • FIG 9 shows the result of this decomposition in a circuit of two switching valves in pointer notation in the com- plex number plane 72 (abscissa: real part Re, ordinate: Imagi ⁇ närteil, Im).
  • the amounts of the flows Ai and A2 depend on the respective pulse width ratio k of the control signal activating the respective switching valve.
  • the Phasenver ⁇ shifts ⁇ and (j> 2 are from the respective delay time t z dependent.
  • the resulting pointer 74 with the absolute total flow A v must be minimized in this case.
  • 10 shows the result of the optimization for the exemplary case that ten switching valves are controlled by ten control signals with the same pulse width ratios ⁇ .
  • the optimization delivers ten in the complex Number plane by the same optimized phase shift 76 ( ⁇ ) rotated flows Ai to Ai o.
  • the optimization can be done with a genetic algorithm, a gradient-based optimization method or the like.
  • a cost function is optimized which can be described by the sum of the squares of the sums of the complex vectors A v , summed over all the Fourier terms considered.
  • FIG 11 shows an alternative graphical representation of Opti ⁇ m istsconces.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Strangabschnitts (4) eines metallischen Strangs in einem Kühlbereich (6) einer Stranggießmaschine mit einer Kühleinrichtung (2), aufweisend jeweils mehrere Schaltventile (8) und Kühldüsen (10), bei dem der Strangabschnitt (4) zur Kühlung durch den Kühlbereich (6) gefördert wird und die Schaltventile (8) durch binäre pulsweitenmodulierte Steuersignale (38-46, 52) angesteuert werden, wodurch Kühlmittelflüsse (q) durch die Kühldüsen (10) abwechselnd freigegeben oder unterbrochen werden, wodurch ein Kühlmittel (12) zur Kühlung intermittierend auf den Strangabschnitt (4) in dem Kühlbereich (6) aufgebracht wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Kühleinrichtung (2). Eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschlagung kann erzielt werden, wenn die binären pulsweitenmodulierten Steuersignale (38-46, 52) derart festgelegt werden, dass zumindest eines der Steuersignale (38-46, 52) eine Phasenverschiebung (ϕ, ϕ1, ϕ2, Δϕ) zu einem weiteren der Steuersignale (38-46, 52) aufweist.

Description

Kühlung eines metallischen Strangabschnitts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Strangabschnitts eines metallischen Strangs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Kühleinrichtung gemäß dem Oberbe¬ griff des Anspruchs 14.
Beim Stranggießen von Metallen wird eine metallische Schmelze einer üblicherweise oszillierenden, wassergekühlten Kokille zugeführt, in dieser zumindest in der Randzone zur Erstarrung gebracht und üblicherweise kontinuierlich - bereits in Form eines Strangs - aus der Kokille einer der Kokille nachgela¬ gerten Strangführungseinrichtung der Stranggießmaschine zugeführt und durch diese hindurchgefördert.
Hierbei ist es notwendig, den Strang in der Strangführungs¬ einrichtung mit einer Kühleinrichtung, üblicherweise mittels Aufbringen eines Kühlmittels auf den Strang, weiter abzukühlen .
Aus der WO 2012/163878 ist ein Verfahren zur Kühlung eines metallischen Strangs bekannt, bei dem ein Kühlmittel aus ei¬ ner Vielzahl von längs einer Förderrichtung des Strangs angeordneten Kühldüsen auf den Strang aufgebracht wird. Zur ver- fahrensgemäßen Kühlung des Strangs schlägt die WO 2012/163878 eine Kühlvorrichtung mit Schaltventilen und Kühldüsen vor.
Da ein Strang beim Stranggießen üblicherweise kontinuierlich gegossen wird und der zwischen dem Gießstart und dem Gießende endlos erzeugte Strang typischerweise erst nach dem Strang¬ gießen auf Brammenlänge abgeschnitten wird, soll unter dem Begriff „Strangabschnitt" auch ein Bereich des endlos erzeug¬ ten Strangs fallen, der mit der Gießgeschwindigkeit durch die Kühleinrichtung (auch Kühlzone genannt) der Stranggießmaschi- ne transportiert wird. Keinesfalls ist es für die Erfindung wesentlich, dass der Strang bereits vor dem Kühlen in der Kühleinrichtung abgeschnitten wird. Typischerweise ist ein Strangabschnitt lediglich ein „virtueller Abschnitt" des me- tallischen Strangs, der mit der Gießgeschwindigkeit durch die Kühleinrichtung der Stranggießmaschine bewegt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässige und effiziente Kühlung eines Strangabschnitts eines metallischen Strangs zu erreichen. Eine weitere Aufgabe be¬ steht darin, unerwünschte Druckstöße in den Leitungen des Kühlbereichs bzw. den Zuleitungen des Kühlmittels in den Kühlbereich zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkma¬ len des Anspruchs 1 und einer Kühleinrichtung mit den Merkma¬ len des Anspruchs 14. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung erge¬ ben sich aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung und beziehen sich auf die Verfahren und die Kühleinrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung eines Strangab- Schnitts eines metallischen Strangs in einem Kühlbereich einer Stranggießmaschine mit einer Kühleinrichtung, aufweisend jeweils mehrere Schaltventile und Kühldüsen, bei dem der Strangabschnitt zur Kühlung durch den Kühlbereich gefördert wird und die Schaltventile durch binäre pulsweitenmodulierte Steuersignale angesteuert werden, wodurch Kühlmittelflüsse durch die Kühldüsen abwechselnd freigegeben oder unterbrochen werden, wodurch ein Kühlmittel zur Kühlung intermittierend auf den Strangabschnitt in dem Kühlbereich aufgebracht wird, sieht vor, dass die binären pulsweitenmodulierten Steuersig- nale derart festgelegt werden, dass zumindest eines der Steu¬ ersignale eine Phasenverschiebung zu einem weiteren der Steuersignale aufweist.
Bei den Kühlverfahren mit Schaltventilen nach dem Stand der Technik kann die Kühlmittelbeaufschlagungsdichte insbesondere durch unerwünschte Schwankungen einer Kühlmitteldurchfluss¬ menge in Leitungen bzw. Zuleitungen der Kühleinrichtung ungewollt beeinflusst werden. Solche Schwankungen können durch Druckstöße im Kühlmittel verursacht werden, die wiederum durch die intermittierende Schaltung - d.h. das Öffnen und Schließen - der Schaltventile verursacht werden können. Die Höhe der Druckstöße und damit die Höhe der Schwankungen kann durch die erfindungsgemäße Festlegung der Steuersignale ver¬ mindert werden.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass durch die Phasenverschiebung einerseits ein zeitversetztes Schalten der durch die phasenverschobenen Steuersignale angesteuerten
Schaltventile bewirkt wird und andererseits, durch den Zeit¬ versatz eine Verminderung der Druckstöße und folglich eine Vergleichmäßigung der Kühlmitteldurchflussmenge durch die ge¬ öffneten Kühldüsen bewirkt wird. Derart kann mit einfachen Mitteln einer ungewollten Beeinflussung der Kühlmittelbeaufschlagungsdichte entgegengewirkt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die oben genannte Art der Festlegung der Steuersignale, ermöglicht es, dass der durch den Kühlbe¬ reich geförderte Strangabschnitt am Ende des Kühlbereichs mit einer im Wesentlichen über den Strangabschnitt gleichen Kühlmittelbeaufschlagungsdichte beaufschlagt wird.
Eine zuverlässige und effiziente Kühlung des Strangabschnitts wird also insbesondere dadurch erreicht, dass unerwünschte Drückstoße in den Leitungen des Kühlbereichs bzw. den Zulei¬ tungen des Kühlmittels in den Kühlbereich reduziert werden.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich bei der Förderung des Strangs durch den Kühlbereich vorrangig längs des Strangs eine unterschiedlich starke Wiedererwärmung der
Strangoberfläche - infolge einer Wärmeleitung aus dem Strang¬ inneren - einstellt. Es ist deshalb wünschenswert, die Kühl¬ leistung längs des Strangs bzw. der Kühleinrichtung verändern zu können. Ansonsten kann es zu einer mit metallurgischen Qualitätseinbußen einhergehenden Über- oder Unterkühlung des Strangs kommen. Hierfür ist es einerseits vorteilhaft, das Kühlmittel intermittierend - also mit zeitlichen Unterbre¬ chungen - auf den Strang aufzubringen. Auf diese Weise kann eine Kühlmittelmenge und damit die Kühlleistung auf einfache, robuste und energieeffiziente Weise über einen weiten Wer¬ tebereich eingestellt werden. Andererseits kann bei der in¬ termittierenden Kühlmittelaufbringung - die an sich unstetig ist - eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschlagung nicht ohne Weiteres sichergestellt werden, da es zu einer ungewollten Wechselwirkung zwischen den zeitlichen Unterbrechungen der Kühlmittelaufbringung und weiteren Verfahrensgrößen des
Stranggießprozesses kommen kann. Wird beispielsweise ein Strangabschnitt teilweise oder vollständig während einer zeitlichen Unterbrechung der Kühlmittelaufbringung - oder beispielsweise auch bei einem Defekt einer Kühldüse oder der¬ gleichen - durch einen Kühlbereich gefördert, so erfährt der Strangabschnitt dabei eine ungewollte Verminderung der Küh- lung bzw. gar keine Kühlung. Dies kann wiederum mit einer unerwünschten Verminderung der Strangqualität einhergehen. Eine derartige, ungewollte Verminderung der Kühlung bzw. eine Qua¬ litätseinbuße kann vermieden werden, wenn eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschlagungsdichte - im Sinne von Kühlmittelmen- ge pro Flächeneinheit - auf dem Strangabschnitt bewirkt wird. Wesentlich ist hierbei die Erkenntnis, dass die gleichmäßige Kühlmittelbeaufschlagungsdichte spätestens bis zum Zeitpunkt der Förderung des Strangabschnitts durch den Kühlbereich - also am Ende des Kühlbereichs - bewirkbar ist. Durch die Er- findung werden die Steuersignale derart festgelegt - verein¬ facht ausgedrückt, werden die zeitlichen Unterbrechungen der Kühlmittelaufbringung auf den Strang derart gezielt angepasst -, dass der genannte Nachteil der intermittierenden Kühlmit¬ telaufbringung überwunden wird.
Ein Strangabschnitt kann ein Abschnitt des Strangs in einer Stranglängs- bzw. in einer Förderrichtung des Strangs durch den Kühlbereich sein. Insbesondere kann ein Strang in seiner Gesamtlänge zumindest überwiegend aus einer Mehrzahl von Strangabschnitten gebildet sein. Die Aufteilung des Strangs in eine Mehrzahl von Strangabschnitten kann eine lediglich gedachte Aufteilung eines quasikontinuierlichen - d.h. einstückig zusammenhängend durch zumindest die Hälfte der Länge der Strangführungseinrichtung verlaufenden - Strangs sein.
Der metallische Strang kann zumindest überwiegend Stahl bein¬ halten bzw. ein Stahlstrang sein.
Ein Kühlbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein Bereich sein, durch den der Strangabschnitt bzw. der Strang zur Aufbringung von Kühlmittel gefördert wird. Zweckmäßigerweise ist der Kühlbereich längs der Strangführungseinrichtung der Stranggießmaschine, bevorzugt innerhalb des Bereichs der Strangführungseinrichtung, angeordnet. Die Stranggießmaschine kann mehrere, insbesondere in der Förderrichtung des Strangs hintereinander angeordnete, Kühlbereiche umfassen. Beispiels¬ weise kann der Kühlbereich ein Bereich sein, der durch aus der Kühldüse ausgebrachtes Kühlmittel benetzbar ist.
Die intermittierende Kühlmittelaufbringung kann durch ein wiederholtes Hin- und Herwechseln zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand der Schaltventile erreicht werden. Zweckmäßigerweise sind die Schaltventile den Kühldü¬ sen in Kühlmittelflussrichtung vorgeschaltet.
Zweckmäßigerweise werden die Schaltventile mit binären Steu¬ ersignalen angesteuert. Binär kann bedeuten, dass das Steuer- signal zwei Zustände, insbesondere 0 oder 1 bzw. HI oder LOW, annehmen kann.
Vorteilhafterweise wird jeweils ein Schaltventil durch ein Steuersignal angesteuert. Anders ausgedrückt, es wird vor- zugsweise jedes der Schaltventile durch ein eigenes Steuer¬ signal angesteuert. Es ist aber auch denkbar, dass eine Grup¬ pe mehrerer Schaltventile durch ein und dasselbe Steuersig¬ nal, insbesondere simultan, angesteuert wird. Ein Schaltventil kann wiederum einen Kühlmittelfluss durch eine einzige Kühldüse freigeben oder absperren. Denkbar ist aber auch, dass mehrere Kühlmittelflüsse durch eine Gruppe mehrerer Kühldüsen durch ein und dasselbe Schaltventil frei- gegeben oder abgesperrt werden.
Vorteilhafterweise ist das binäre Steuersignal ein pulswei- tenmoduliertes Steuersignal, dessen signaltechnische Eigen- schaffen durch eine Trägerfrequenz, ein Pulsweitenverhältnis und eine Phasenverschiebung oder dergleichen festlegbar sind.
Festlegen im Sinne der vorliegenden Erfindung kann bedeuten, dass zumindest eine signaltechnische Eigenschaft eines Steu- ersignals, beispielsweise die Trägerfrequenz, moduliert bzw. angepasst bzw. verändert wird. Anders ausgedrückt, die Steu¬ ersignale können durch eine Modulation zumindest einer ihrer signaltechnischen Eigenschaften, insbesondere ihrer jeweiligen Trägerfrequenz, ihrem jeweiligen Pulsweitenverhältnis und/oder ihrer jeweiligen Phasenverschiebung zu einem der anderen Steuersignale, festgelegt werden. Die Festlegung er¬ folgt vorteilhafterweise in Abhängigkeit zumindest einer Zu- standsgröße, die eine Zustandsgröße des Stranggießprozesses (z.B. die Gießgeschwindigkeit), des Strangs, der Kühleinrich- tung oder dergleichen sein kann.
Unter der Kühlmittelbeaufschlagungsdichte im Sinne der vor¬ liegenden Erfindung kann eine Mengeneinheit des Kühlmittels im Verhältnis zu einer Flächeneinheit des Strangabschnitts verstanden werden. Zweckmäßigerweise ist die Kühlmittelbeauf¬ schlagungsdichte eine Kühlmittelmenge pro Flächeneinheit, die beispielsweise mit der Maßeinheit 1/m2 angegeben werden kann.
Vorteilhafterweise sieht die Erfindung vor, dass die zeitli- chen Unterbrechungen der intermittierenden Kühlmittelaufbringung auf den Strangabschnitt im Kühlbereich durch eine Modu¬ lation - d.h. eine Veränderung der Signaleigenschaften - der Steuersignale derart angepasst wird, dass eine zu kühlende Oberfläche des Strangabschnitts nach Durchlaufen des Kühlbe- reichs an jeder Stelle die gleiche Kühlleistung durch Einwirkung des Kühlmittels erfahren hat.
Zur Festlegung der zeitlichen Unterbrechung ist es vorteil- haft, die Steuersignale - d.h. deren Eigenschaften - unter Verwendung einer Fördergeschwindigkeit des Strangs und/oder eines Fehlerzustand der Kühleinrichtung und/oder einer geometrische Eigenschaft des Kühlbereichs und/oder eines Ab- Stands zwischen zwei Kühldüsen oder zwei Kühldüsenreihen oder dergleichen festzulegen.
Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschla¬ gung des Strangs und damit eine gleichmäßige metallurgische Strangqualität, insbesondere unter Beibehaltung der bekannten Vorteile der intermittierenden Kühlmittelausbringung, erzielt werden .
Zur Ermittlung eines Fehlerzustands der Kühleinrichtung wird vorteilhafterweise eine den physikalischen Zustand des Kühl¬ mittels beschreibende Zustandsgröße ermittelt, insbesondere im Bereich einer zumindest mehreren der Schaltventile
und/oder mehreren der Kühldüsen gemeinsamen Kühlmittelzuleitung. Weiter ist es vorteilhaft, wenn ein Verlauf der Zu- Standsgröße mit einem Referenzverlauf verglichen wird. Bevor¬ zugterweise wird in Abhängigkeit des Vergleichs ein Fehlerzu¬ stand zumindest eines der Schaltventile und/oder einer der Kühldüsen der Kühleinrichtung ermittelt. Das Ermitteln eines Fehlerzustands der Kühleinrichtung kann neben dem Feststellen, ob ein Fehler bzw. Defekt der Kühleinrichtung vorliegt, auch das Feststellen, welches Element der Kühleinrichtung defekt ist, - also ein Lokalisieren des defekten Elements der Kühleinrichtung - umfassen.
Zweckmäßigerweise werden die Steuersignale - insbesondere durch eine Modulation zumindest einer ihrer signaltechnischen Eigenschaften - derart festgelegt, dass der Fehlerzustand zu¬ mindest temporär kompensiert wird, vorzugsweise ohne dass es zu einer ungewollten Auswirkung auf die Strangqualität kommt.
Auf diese Weise kann z.B. ein Austausch eines defekten
Schaltventils und/oder einer defekten Kühldüse zeitlich hin- ausgezögert und eine produktionsfreie Standzeit der Strang¬ gießmaschine vermindert werden.
Kompensieren eines Fehlerzustands kann bedeuten, dass die Steuersignale derart festlegt bzw. angepasst werden, dass auch bei Vorliegen eines Fehlerzustands der Strangabschnitt am Ende des Kühlbereichs mit einer im Wesentlichen über den Strangabschnitt gleichen Kühlmittelbeaufschlagungsdichte be¬ aufschlagt worden ist. Das heißt, beim Kompensieren eines Fehlerzustands werden die Steuersignale zweckmäßigerweise derart festlegt bzw. angepasst, dass der Strangabschnitt am Ende des Kühlbereichs mit der gleichen oder im Wesentlichen der gleichen Kühlmittelbeaufschlagungsdichte über den Strang¬ abschnitt beaufschlagt worden ist, wie in dem Fall, dass kein Fehlerzustand der Kühleinrichtung vorliegt. Es werden also zweckmäßigerweise die Auswirkungen des Fehlerzustands kompen¬ siert .
Der Ermittlung des Fehlerzustands liegt die Erkenntnis zu- gründe, dass die Kühleinrichtung zur Aufbringung des Kühlmittels in ihrer Funktion zumindest teilweise fehlerbedingt be¬ einträchtigt sein kann. Um einer ungewollten Auswirkung eines solchen Fehlerzustands auf die gleichmäßige Kühlmittelbeauf¬ schlagung des Strangabschnitts entgegenwirken zu können, ist es wünschenswert, einen Fehlerzustand der Kühleinrichtung zu¬ verlässig erkennen zu können. Ein Fehlerzustand der Kühleinrichtung kann u.a. auf einen Defekt eines oder mehrerer der Schaltventile und/oder einer oder mehrerer der Kühldüsen zurückzuführen sein. Beispielsweise kann bzw. können ein
Schaltventil und/oder mehrere Schaltventile infolge Blockie¬ rens nicht mehr von einem geöffneten in einem geschlossenen Zustand und/oder vice versa schaltbar - d.h. blockiert - sein. Ferner kann ein Schaltventil und/oder eine Kühldüse zu¬ mindest teilweise verstopft sein oder dergleichen. Außerdem können mehrere Schaltventile und/oder mehrere Kühldüsen je¬ weils zumindest teilweise verstopft sein oder dergleichen. Wesentlich ist dabei die Erkenntnis, dass ein defektes
Schaltventil und/oder eine defekte Kühldüse eindeutig lokali- siert werden muss, um die Festlegung der Steuersignale ver¬ fahrensgemäß anzupassen, so dass auch bei Vorliegen eines solchen Fehlerzustands eine gleichmäßige Kühlmittelbeauf¬ schlagungsdichte erreicht werden kann. Dabei kann die Ermitt- lung eines Fehlerzustands durch einen Sensor pro Schaltventil und/oder pro Kühldüse aufwändig und fehleranfällig sein, da eine Vielzahl von Sensoren benötigt wird. Indem eine den Zustand des Kühlmittels beschreibenden Zustandsgröße im Bereich einer zumindest mehreren der Schaltventile und/oder mehreren der Kühldüsen gemeinsamen Kühlmittelzuleitung ermittelt wird, ist es möglich, den messtechnischen Aufwand zur Ermittlung eines Fehlerzustands zu verringern. D.h. vereinfacht ausge¬ drückt wird ein Sensor an der Kühleinrichtung platziert und ein Messwert ermittelt, anstatt mehrere Sensoren an mehreren Stellen der Kühleinrichtung zu platzieren, um mehrere Messwerte zu ermitteln.
Die Zustandsgröße kann insbesondere eine Zustandsgröße des Kühlmittels, beispielsweise ein Druck, eine Beschleunigung, eine Schalldruck, ein Durchfluss oder dergleichen, sein.
Zweckmäßigerweise wird die Zustandsgröße an einer Kühlmittel¬ zuleitung ermittelt, die mehrere Schaltventile und/oder Kühl¬ düsen mit Kühlmittel speist.
Die Zustandsgröße kann in einem regulären Betrieb der Kühleinrichtung - d.h. während einer Strangproduktion - und/oder während eines Wartungsbetriebs der Kühleinrichtung ermittelt werden .
Der Referenzverlauf kann ein Verlauf der ermittelten Zu¬ standsgröße über der Zeit, über einer Frequenz oder dergleichen sein, der bei einer fehlerfreien Funktion der Kühleinrichtung ermittelt wird bzw. wurde.
Der Vergleich kann durch eine mathematische Operation unter Berücksichtigung des Referenzverlaufs und des Verlaufs der Zustandsgröße erfolgen. Der Vergleich kann durch eine Diffe- renzbildung zwischen dem Verlauf der Zustandsgröße und dem Referenzverlauf erfolgen.
Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung, aufweisend Schaltventi- le, Kühldüsen, ein Kühlmittel und eine Steuereinrichtung, welche Steuereinrichtung zur Festlegung von binären pulswei- tenmodulierten Steuersignalen und zur Ansteuerung der Schaltventile mit den Steuersignalen vorbereitet ist, zur Kühlung eines metallischen Strangabschnitts in einem Kühlbereich ei- ner Stranggießmaschine, sieht vor, dass die Steuereinrichtung zur Festlegung einer Phasenverschiebung eines der Steuersignale vorbereitet ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass zur zuverläs- sigen und effizienten Kühlung des Strangabschnitts mess- und/oder steuerungstechnische Maßnahmen erforderlich sind. Die Erfindung ermöglicht die verfahrensgemäße Umsetzung die¬ ser Maßnahmen, indem die Kühleinrichtung die derart eingerichtete Steuereinrichtung aufweist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren wie auch auf die erfindungsgemäße Kühleinrichtung.
In bevorzugter Weise ist die erfindungsgemäße Kühleinrichtung dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren, insbeson¬ dere mindestens eine der nachfolgend beschriebenen Weiterbil¬ dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, auszuführen.
Weiter kann die Kühleinrichtung eine Messeinrichtung und/oder eine Ermittlungseinrichtung aufweisen.
Die Messeinrichtung weist vorteilhafterweise einen Sensor auf, der zur Ermittlung einer den Zustand des Kühlmittels be¬ schreibenden Zustandsgröße im Bereich einer zumindest mehre¬ ren Schaltventilen und/oder Kühldüsen gemeinsamen Kühlmittelzuleitung vorbereitet ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kühleinrichtung ist die Ermittlungseinrichtung zum Vergleich eines Verlaufs der Zustandsgröße mit einem Referenzverlauf und zur Ermittlung eines Fehlerzustands der Kühleinrichtung in Abhängigkeit des Vergleichs vorbereitet.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die binären pulsweitenmodulierten Steuersignale derart festzule- gen werden, dass ein durch den Kühlbereich geförderter
Strangabschnitt am Ende des Kühlbereichs mit einer im Wesent¬ lichen über den Strangabschnitt gleichen Kühlmittelbeauf¬ schlagungsdichte beaufschlagt worden ist. Die Erfindung und die beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden. Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder die Weiterbildung ausführt. Auch können die Erfindung und/oder jede beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder die Weiterbildung ausführt.
Ausgehend von einer Ansteuerung einer Anzahl von n Schaltventilen mit jeweils einem Steuersignal - mit jeweils gleichen Eigenschaften, wie einer Trägerfrequenz F und einem Pulsweitenverhältnis K - kann eine Phasenverschiebung φ über einen einfachen Berechnungsansatz, beispielsweise φ = tp / n fest¬ gelegt werden, wobei tp die Periodendauer des Steuersignals, also der Kehrwert der Trägerfrequenz F, ist. Insbesondere, wenn die Steuersignale unterschiedliche Träger¬ frequenzen und/oder Pulsweitenverhältnisse aufweisen kann es erforderlich sein, von einfachen arithmetischen Berechnungsansätzen zur Festlegung der Steuersignale abzuweichen.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Phasenverschiebung eines der Steuersignale unter Verwendung eines numerischen Optimierungsverfahrens zur Minimierung einer Volumenstromschwankung des Kühlmittels festgelegt.
Die Volumenstromschwankung kann eine Schwankung eines Kühlmitteldurchflusses durch eine Leitung bzw. Zuleitung der Kühleinrichtung beschreiben. Für das Optimierungsverfahren kann ein Frequenzspektrum des Volumenstroms ermittelt werden. Das Frequenzspektrum kann in einen konstanten und einen trigonometrischen Term aufgespaltet werden. Der trigonometrische Term kann von den Pulswei¬ tenverhältnissen und den Phasenverschiebungen der Schaltsig- nale abhängen. Bei gegebenen Pulsweitenverhältnissen der
Steuersignale kann die Optimierung die Anpassung der Phasenverschiebungen zum Gegenstand haben.
Das Optimierungsverfahren kann mit einem sogenannten geneti- sehen Algorithmus, einem gradientenbasierten Verfahren oder dergleichen erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden zumindest zwei der Steuersignale mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen festgelegt.
Eine Trägerfrequenz kann der Kehrwert einer Zeitdauer zwischen zwei Zustandswechseln eines Steuersignals jeweils von LOW nach HI und/oder jeweils von HI nach LOW sein. Eine ver- gleichsweise hohe Trägerfrequenz kann eine vergleichsweise schnell intermittierende Kühlmittelausbringung bewirken. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Trägerfrequenz der Kehrwert einer Periodendauer eines Steuersignalzyklus sein. Die zumindest zwei Steuersignale können jeweils ein Schalt¬ ventil ansteuern, das jeweilige Schaltventil jeweils einen Kühlmittelfluss durch eine Kühldüse freigeben und/oder unter- brechen. Derart können unterschiedliche Kühlmittelmengen durch die derart adressierten Kühldüsen auf den Strang aufgebracht werden. Das derartige Aufbringen unterschiedlicher Kühlmittelmengen - insbesondere in verschiedenen, bevorzugt in Förderrichtung des Strangs hintereinander liegenden, Be- reichen der Kühleinrichtung - kann vorteilhaft für eine Erzielung einer gleichen Kühlmittelbeaufschlagungsdichte über den Strangabschnitt sein.
Sofern eine ungünstige Wechselwirkung zwischen der Trägerfre- quenz - und damit zwischen der zeitlichen Unterbrechung der
Kühlmittelaufbringung - und einer verfahrenstechnischen Größe des Stranggießprozesses und/oder einem Parameter der Stranggießmaschine vorliegt, kann es zu einer ungewollten Beeinflussung der Kühlmittelbeaufschlagungsdichte kommen.
Insbesondere deshalb wird in einer vorteilhaften Weiterbil¬ dung eine Trägerfrequenz eines der Steuersignale in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Strangabschnitts festgelegt. Auf diese Weise kann auch bei einer Änderung der Strang- bzw. Gießgeschwindigkeit eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschla¬ gungsdichte erreicht werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn eine Trägerfrequenz eines der Steuersignale in Abhängigkeit einer Länge des Kühlbe¬ reichs festgelegt wird.
Die Länge des Kühlbereichs kann eine Erstreckung des Kühlbe¬ reichs im Wesentlichen längs der Strangförderrichtung sein. Die Länge des Kühlbereichs kann eine Länge eines durch eine Kühldüse mit Kühlmittel beaufschlagbaren Bereichs sein.
Da es möglich ist, dass die Kühleinrichtung Kühlbereiche mit unterschiedlichen Längen umfasst, kann auf diese Weise insbe¬ sondere unter solchen Umständen eine gleichmäßige Kühlmittel¬ beaufschlagungsdichte erreicht werden. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Trägerfrequenz ei¬ nes der Steuersignale in Abhängigkeit einer Durchlaufzeit des Strangs durch einen durch eine Kühldüse mit Kühlmittel beauf¬ schlagbaren Bereich, insbesondere einen Kühlbereich, festgelegt wird.
Die Durchlaufzeit kann der Quotient aus der Länge des Kühlbe¬ reichs und der Stranggeschwindigkeit sein.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Trägerfrequenz eines der Steuersignale in Abhängigkeit eines Sprühprofils der Kühldü¬ sen festgelegt wird.
Das Sprühprofil kann ein Verlauf einer erzielbaren Kühlmit¬ telbeaufschlagungsdichte längs einer mittels einer Kühldüse benetzen Fläche sein.
Denkbar ist ein rechteckförmiges Sprühprofil, bei dem ein je¬ der benetzte Punkt längs der Fläche mit der gleichen Kühlmit¬ telmenge beaufschlagt wird.
Insbesondere bei Vorliegen eines rechteckförmigen Sprühpro¬ fils ist es vorteilhaft, wenn der Kehrwert der Trägerfrequenz F, d.h. die Periodendauer tp eines Steuersignals, gemäß der Gleichung tp = xn / (k*v) festgelegt wird, wobei xn die Länge des Kühlbereichs, k ein positiver ganzzahliger Wert (1, 2, 3, ...) und v die Geschwindigkeit des Strangs ist.
Ferner denkbar ist ein dreieckförmiges Sprühprofil, bei dem die Kühlmittelbeaufschlagungsdichte längs der beaufschlagten Fläche von einem Minimum linear bis auf ein Maximum ansteigt und hiernach wiederum linear bis auf das Minimum abfällt.
Insbesondere bei Vorliegen eines dreieckförmigen Sprühprofils ist es vorteilhaft, wenn der Kehrwert der Trägerfrequenz F, d.h. die Periodendauer tp eines Steuersignals, gemäß der Gleichung tp = xn / (g*v) festgelegt wird, wobei xn die Länge des Kühlbereich, g ein positiver gerader Zahlenwert (2, 4, 6, ...) und v die Geschwindigkeit des Strangs ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Phasenverschiebung eines der Steuersignale in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des
Strangs und/oder einer Länge des Kühlbereichs und/oder eines Sprühprofils der Kühldüsen festgelegt wird.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn ein Pulsweitenverhältnis ei¬ nes der Steuersignale in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Strangs und/oder einer Länge des Kühlbereichs und/oder eines Sprühprofils der Kühldüsen festgelegt wird.
Durch die Festlegung eines oder mehrerer der Steuersignale auf die vorgenannte Art und Weise kann erreicht werden, dass die Beaufschlagung eines Strangabschnitts mit Kühlmittel nach Durchlaufen eines Kühlbereichs im Wesentlichen mit der gleichen Kühlmittelbeaufschlagungsdichte über den Strangabschnitt erfolgt ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden zumindest zwei der Steuersignale mit unterschiedlichen Pulsweitenverhältnis¬ sen festgelegt.
Das Pulsweitenverhältnis kann den relativen Anteil eines Steuersignalpulses - d.h. eines binären HI-Zustands - an der Periodendauer des Steuersignalverlaufs beschreiben. Bei¬ spielsweise beschreibt ein Pulsweitenverhältnis von 100 ~6 ein Steuersignal mit permanentem Zustand 1 bzw. HI. Beispielswei¬ se beschreibt ein Pulsweitenverhältnis von 50 % ein Steuer¬ signal mit einem Rechteckprofil, dessen Rechteckpulse jeweils die Hälfe einer Periodendauer andauern.
Zum Ausgleich einer fehlerbedingt nicht aufgebrachten Kühlmittelmenge - beispielsweise infolge einer defekten Kühldüse - ist es vorteilhaft, wenn durch eine weitere Kühldüse eine erhöhte Kühlmittelmenge auf den Strang aufgebracht wird.
Insbesondere deshalb ist vorteilhaft, wenn ein Pulsweitenver¬ hältnis eines der Steuersignale in Abhängigkeit eines Fehler¬ zustands der Kühleinrichtung festgelegt wird.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn eine Phasenverschie¬ bung eines der Steuersignale zu einem anderen der Steuersig¬ nale in Abhängigkeit eines Fehlerzustands der Kühleinrichtung festgelegt wird und/oder eine Trägerfrequenz eines der Steu¬ ersignale in Abhängigkeit eines Fehlerzustands der Kühlein¬ richtung festgelegt wird.
Tritt beispielsweise ein Fehlerzustand in Form einer defekten Kühldüse auf, kann das Pulsweitenverhältnis eines Steuersig¬ nals zur Ansteuerung einer weiteren Kühldüse derart verändert werden, dass die fehlerbedingt nicht aufgebrachte Kühlmittel¬ menge mittels der weiteren Kühldüse zusätzlich auf den Strang aufgebracht wird. Auf diese Weise kann einer ungewollten, fehlerbedingt ungleichmäßigen Kühlmittelbeaufschlagung des Strangs entgegenwirkt werden.
Sofern das Kühlmittel innerhalb eines Kühlbereichs durch le¬ diglich eine Kühldüse bzw. eine Kühldüsenreihe auf den Strang aufgebracht wird, kann insbesondere bei einer besonders hohen Gießgeschwindigkeit oder einer besonders geringen Länge eines Kühlbereichs, eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschlagungs¬ dichte nicht ohne Weiteres erreicht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Verfahren eingesetzt zur Kühlung eines Strangabschnitts in einem Kühlbe¬ reich, in dem zumindest zwei der Kühldüsen in einer Förderrichtung des Strangabschnitts hintereinander angeordnet sind. Auf diese Weise kann ein Kühlmittelmengenausgleich über mehr als eine Kühldüse (nreihe) mit einfachen Mitteln erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird unter Verwendung eines Verlaufs der Zustandsgröße ein Frequenzspektrum der Zu- standsgröße ermittelt und mit einem Referenzfrequenzspektrum verglichen .
Der Verlauf der Zustandsgröße kann ein Zeitverlauf, insbeson¬ dere eine Verlauf eines Drucks über der Zeit sein. Die Er¬ mittlung des Frequenzspektrums kann mit einem sogenannten Fast-Fourier-Transformations-Verfahren oder dergleichen er- folgen. Das Referenzfrequenzspektrum ist ein Frequenzspektrum, das bei einer fehlerfreien Funktion der Kühleinrichtung ermittelt wird bzw. wurde.
Durch ein Ansteuern und Schalten eines Schaltventils zur in- termittierenden Kühlmittelausbringung kann ein Zustandsgrö- ßenstoß - also eine abrupte Änderung einer Zustandsgröße über der Zeit - des Kühlmittels in der Kühlmittelzuleitung bewirkt werden. Ein solcher Stoß kann ein Frequenzspektrum mit einer Frequenzüberhöhung - d.h. einem Peak oder dergleichen - auf- weisen. Dabei kann das Schalten mehrerer Schaltventile mehre¬ re jeweils charakteristische Frequenzüberhöhungen innerhalb des Frequenzspektrums bewirken, wobei einzelne Peaks einzel¬ nen Schaltventilen und/oder Kühldüsen zugeordnet werden können. Mittels des Vergleichs mit dem Referenzspektrum kann ein defektes Schaltventil und/oder eine defekte Kühldüse derart auf einfache Weise ermittelt und lokalisiert werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn während der Ermittlung der Zustandsgröße zumindest eines der Schaltventile durch ein Steuersignal mit einer temporär erhöhten Schalttestfrequenz angesteuert wird.
Zweckmäßigerweise wird ein Frequenzspektrum der Zustandsgröße ermittelt. Ist die Schalttestfrequenz nicht als charakteris- tische Frequenzüberhöhung im Frequenzspektrum enthalten, kann auf einen Fehlerzustand an dem mit der Schalttestfrequenz angesteuerten Schaltventil und/oder einer diesem Schaltventil nachgeschalteten Kühldüse geschlossen werden. Zweckmäßigerweise werden mehrere Schaltventile, die aus einer gemeinsamen Kühlmittelzuleitung gespeist werden, nacheinander, bevorzugt für jeweils 2 s bis 4 s, mit der Schalttest- frequenz angesteuert. Es ist vorteilhaft, wenn die Schalt¬ testfrequenz eine übliche Schaltfrequenz bzw. Trägerfrequenz der Schaltventile zumindest um einen Faktor zwei übersteigt. Auf diese Weise kann ein Fehlerzustand während eines regulä¬ ren Betriebs der Kühleinrichtung unter Vermeidung einer Be- einflussung der Kühlmittelbeaufschlagungsdichte ermittelt werden .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Zustandsgröße mit einem Drucksensor ermittelt. Drucksensoren sind vielfach erprobt und in einer Vielzahl von an die jeweilige Anwendung angepassten Ausführungsformen erhältlich. Auf diese Weise kann die Zustandsgröße zuverlässig und kostengünstig ermit¬ telt werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Zu¬ standsgröße mit einem Durchflusssensor ermittelt. Vielfach ist ein Durchflussmesser zur Ermittlung eines Kühlmittelverbrauchs ohnehin Bestandteil der Kühleinrichtung, so dass die Zustandsgröße besonders kostengünstig ermittelt werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Zustandsgröße mit einem Schallsensor ermittelt. Dabei kann der Schall beispielsweise unmittelbar an einer Kühlmittelzu¬ leitung oder mittelbar an einer anderen Stelle der Kühlein- richtung ermittelt und eine Einbringung einer Sensorik in den Kühlmittelfluss vermieden werden. Derart ist eine örtlich be¬ sonders flexible Ermittlung der Zustandsgröße erzielbar.
Vorteilhafterweise wird die Zustandsgröße mit einem Beschleu- nigungssensor ermittelt. Beschleunigungssensoren sind vielfach erprobt und in einer Vielzahl von an die jeweilige Anwendung angepassten Ausführungsformen erhältlich. Auf diese Weise kann die Zustandsgröße zuverlässig und kostengünstig ermittelt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das er- findungsgemäße Verfahren, insbesondere eine seiner oben be¬ schrieben Weiterbildungen, in einem von mehreren Kühlbereichen der Stranggießmaschine eingesetzt. In diesem Kontext kann die Formulierung „in einem von mehreren Kühlbereichen" als „in genau einem Kühlbereich von mehreren Kühlbereichen" bzw. als „in nur einem Kühlbereich von mehreren Kühlbereichen" aufgefasst werden. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere eine seiner oben beschrieben Weiterbildungen, jeweils in mehreren Kühlbereichen der Stranggießmaschine eingesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Ermittlungseinrichtung zu einer Ermittlung eines Frequenzspektrums der Zu¬ standsgröße, bevorzugt unter Verwendung eines Zeitverlaufs der Zustandsgröße, vorbereitet.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Ermittlungseinrichtung zum Vergleich des Frequenzspektrums der Zustandsgröße mit ei¬ nem Referenzfrequenzspektrum vorbereitet ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung defekter Schaltventile und/oder Kühldüsen unter Verwendung des Vergleichs vorbereitet ist.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zur Festlegung einer Trägerfrequenz eines der Steuersignale vorbereitet ist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zur Festlegung eines Pulsweitenverhältnissen eines der Steuersig- nale vorbereitet ist.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die Kühleinrichtung dazu einge¬ richtet ist, zumindest zwei der Steuersignale mit unter- schiedlichen Trägerfrequenzen und/oder Pulsweitenverhältnissen festzulegen. t es , wenn die
ndest eins der
einem weiteren
zulegen
Vorteilhafterweise ist die Steuereinrichtung zur Festlegung einer Phasenverschiebung eines der Steuersignale in einem von mehreren Kühlbereichen der Stranggießmaschine vorbereitet. In diesem Kontext kann die Formulierung „in einem von mehreren Kühlbereichen" als „in genau einem Kühlbereich von mehreren Kühlbereichen" bzw. als „in nur einem Kühlbereich von mehreren Kühlbereichen" aufgefasst werden. Weiterhin kann die Steuereinrichtung zur Festlegung einer Phasenverschiebung eines der Steuersignale jeweils in mehreren Kühlbereichen der Stranggießmaschine vorbereitet sein.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unter¬ ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergege¬ ben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale je¬ weils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit iso¬ liert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung einge¬ bracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Kühleinrich- tung, aufweisend Schaltventile und Kühldüsen, zur
Kühlung eines metallischen Strangabschnitts,
FIG 2 eine schematische Darstellung von binären pulswei- tenmodulierten Steuersignalen zur Ansteuerung der Schaltventile aus FIG 1,
FIG 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Zusammenhangs zwischen Kühlmittelbeaufschlagungsdichte und Fest¬ legung der Steuersignale aus FIG 2,
FIG 4 ein Diagramm in Analogie zu FIG 3 bei dreieckförmi- gem Sprühprofil der Kühldüsen in Förderrichtung eines Strangabschnitts, FIG 5 ein Diagramm eines Frequenzspektrums des Kühlmit¬ teldrucks bei Schaltung eines Schaltventils der Schaltventile aus FIG 1,
FIG 6 ein Diagramm eines Frequenzspektrums gemäß FIG 5 bei Schalten mehrerer Schaltventile,
FIG 7 ein Diagramm mit einem Vergleich zweier Frequenzverläufe bei Vorliegen eines Fehlerzustands an ei¬ nem der Schaltventile und/oder Kühldüsen aus FIG 1,
FIG 8 ein Diagramm eines Druckverlauf über der Zeit bei
Ansteuerung der Schaltventile aus FIG 1 mit einem Schalttestzyklus und FIG 9 bis 11 schematische Darstellungen eines Optimierungs Verfahrens zur Minimierung einer Volumenstromschwankung des Kühlmittels in der Kühlmittelzuleitung von FIG 1.
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung 2 zur Kühlung eines metallischen Strangabschnitts 4 in einem Kühlbereich 6 einer Stranggießmaschine. Letztere ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Die Kühleinrichtung 2 weist Schaltventile 8, Kühldüsen 10, eine ein Kühlmittel 12 führende Kühlmittelzuleitung 14, eine Messeinrichtung 16, eine Ermittlungseinrichtung 18 und eine Steuereinrichtung 20 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeweils eines der Schaltventile 8 einer der Kühldüsen 10 vorgeschaltet. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass mehrere Kühldüsen, beispielsweise ein sogenannter Kühldüsenbal¬ ken, durch ein einzelnes Schaltventil adressiert werden.
Der Kühlbereich 6 weist die Länge L auf und umfasst sechs hintereinander angeordnete Kühldüsen 10. Es ist aber auch möglich, dass ein Kühlbereich lediglich eine der Kühldüsen 10 umfasst und eine Länge Li aufweist.
Die Messeinrichtung 16 weist einen an der Kühlmittelzuleitung 14 bzw. einer Messstelle 22 angeordneten Sensor 24 auf, der zur Ermittlung eines Verlaufs einer den Zustand des Kühlmit¬ tels 12 beschreibenden Zustandsgröße vorbereitet ist. Im vor- liegenden Ausführungsbeispiel ist diese Zustandsgröße der Druck 26 des Kühlmittels 12 an der Messstelle 22.
Die Ermittlungseinrichtung 18 ist zum Vergleich eines Verlaufs des Drucks 26 - eines Zeit und/oder eines Frequenzver laufs oder dergleichen - mit einem Referenzverlauf und zur Ermittlung eines Fehlerzustands der Kühleinrichtung 2 in Ab hängigkeit des Vergleichs vorbereitet. Die Steuereinrichtung 20 ist zur Festlegung von binären pulsweitenmodulierten Steuersignalen (siehe FIG 2: 38, 40, 42, 44) und zur Ansteuerung der Schaltventile 8 mit den Steuersignalen über Signalleitungen 28 vorbereitet.
Während eines Stranggießprozesses wird der Strangabschnitt 4 zwischen Strangführungsrollen 30 geführt und zur Kühlung in einer Förderrichtung 32 - auch Gießrichtung - mit einer Geschwindigkeit v durch den sich in einer Länge L - denkbar ist auch die Länge Li - erstreckenden Kühlbereich 6 gefördert, d.h. an den Kühldüsen 10 vorbeibewegt.
Hierbei werden die Schaltventile 8 durch die Steuereinrich¬ tung 20 jeweils mit einem binären pulsweitenmodulierten Steu- ersignal (siehe FIG 2) angesteuert, wodurch Kühlmittelflüsse durch die Kühldüsen 10 abwechselnd freigegeben oder unterbrochen werden, wodurch das Kühlmittel 12 zur Kühlung intermittierend auf den Strangabschnitt 4 in dem Kühlbereich 6 aufge¬ bracht wird. Die Kühldüsen 10 weisen jeweils ein in Förder- richtung 32 dreieckförmiges Sprühprofil 34 auf.
Die binären pulsweitenmodulierten Steuersignale werden durch die Steuereinrichtung 20 derart festgelegt, dass der durch den Kühlbereich 6 geförderte Strangabschnitt 4 am Ende 36 des Kühlbereichs 6 mit einer im Wesentlichen über den Strangab¬ schnitt 4 gleichen Kühlmittelbeaufschlagungsdichte beauf¬ schlagt worden ist.
Aus der Darstellung ist insbesondere auch ersichtlich, dass nach dem Stand der Technik eine gleichmäßige Kühlmittelbeauf¬ schlagung des Strangabschnitts 4 infolge der intermittierenden Kühlmittelaufbringung nicht ohne Weiteres möglich ist. Bei einer unvorteilhaften Festlegung der Steuersignale kann es vorkommen, dass - je nach Geschwindigkeit v, Länge L bzw. Li , einem Ausfall eines der Schaltventile 8 und/oder einer der Kühldüsen 10 oder dergleichen - Teile des Strangabschnitts 4 während einer zeitlichen Unterbrechung der Kühlmittelausbringung unter einer Kühldüse 10 hindurchgefördert werden, ohne dass sie mit Kühlmittel 12 beaufschlagt werden. Infolgedessen kann nach dem Stand der Technik eine ungewollte über den Strangabschnitt 4 ungleichmäßige Kühlmittelbeauf¬ schlagungsdichte am Ende 36 des Kühlbereichs 6 verursacht werden.
Das Verfahren ist in seinem Einsatz nicht beschränkt auf die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Kühlanordnung, die insbesondere zur Kühlung eines Strangabschnitts in Form eines Langprodukts insbesondere, in Form eines sogenannten Beam Blanks, Blooms, Billets, Rounds - auch: Träger, Vorblock bzw. Knüppel - oder dergleichen geeignet ist. Andere Kühlanordnungen, beispielsweise zum Kühlen von Slabs - auch: Brammen - können ebenso nach dem Kühlverfahren betrieben werden.
FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung von exemplarischen Verläufen von binären pulsweitenmodulierten Steuersignalen 38, 40, 42 und 44 über der Zeit t zur Ansteuerung der Schaltventile 8 aus FIG 1. Die Darstellung illustriert die zur Festlegung der Steuersignale anpass- bzw. modulierbaren Eigenschaften, nämlich Periodendauer, Pulsweitenverhältnis und Zeitversatz (Phasenverschiebung) .
Aus FIG 2 ist ersichtlich, dass die Steuersignale 38 bis 44 in ihrem auf der Ordinate aufgetragenen Signalzustand u über der Zeit t jeweils zwischen 1 bzw. HI und einem 0 bzw. LOW wechseln, also im signaltechnischen Sinn binär sind.
Das Steuersignal 38 ist mit einer Periodendauer tp und einem Pulsweitenverhältnis κ = ti/tp festgelegt, wobei ti eine Puls¬ dauer ist. Der Kehrwert der Periodendauer l/tp ist die Trä¬ gerfrequenz F des Steuersignals 38.
Dabei gilt, je höher die Trägerfrequenz F, desto kürzer ist ein Schaltzyklus zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand eines der derart angesteuerten Schaltventile 8 und desto kürzer sind die zeitlichen Unterbrechungen der Kühlmittelausbringung auf den Strangabschnitt 4 durch die diesem Schaltventil nachgeschaltete der Kühldüsen 10 und/oder nachgeschalteten Kühldüsen 10.
Das Steuersignal 40 ist im Vergleich zum Steuersignal 38 mit einer verdoppelten Periodendauer 2*tp festgelegt, weist also eine Trägerfrequenz F/2 auf. Dabei ist die absolute Pulsweite der Steuersignale 38 und 40 zwar gleich, das Pulsweitenverhältnis des Steuersignals 40 beträgt allerdings κ/2. Infolge¬ dessen wird bei einer Ansteuerung eines Schaltventils mit dem Steuersignal 40 im Vergleich zur Ansteuerung mit dem Steuersignal 38 innerhalb eines Schaltzyklus lediglich die Hälfte einer Kühlmittelmenge aufgebracht.
Das Steuersignal 42 weist im Vergleich zum Steuersignal 40 die gleiche Periodendauer 2*tp auf. Dabei ist die absolute
Pulsweite ti/2, so dass das Pulsweitenverhältnis von Steuer¬ signal 42 K/4 = (ti/2) / (2*tp) beträgt.
Das Steuersignal 44 ist im Vergleich zu den Steuersignalen 38, 40 und 42 mit einer Zeitverzögerung tz festgelegt und weist damit eine Phasenverschiebung auf.
FIG 3 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Zusammenhangs zwischen der Kühlmittelbeaufschlagungsdichte und der Festlegung der Steuersignale anhand der mittels FIG 2 illus¬ trierten Signaleigenschaften. Insbesondere zeigt FIG 3 einen Zustand (Ordinate, u) eines Steuersignals 46 über der Zeit (Abszisse, t) . Das Steuersignal 46 ist mit einer Pulsdauer ti und einer Periodendauer tp=2* ti festgelegt, weist also ein Pulsweitenverhältnis von κ=50 % auf.
Der Kurvenlauf des Steuersignals 46 korrespondiert dabei mit einem mittleren Kühlmittelfluss q - d.h. einer mittleren Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit - der durch eine mittelbar mit dem Steuersignal 46 betätigte Kühldüse in einen Kühlbe¬ reich ausgebracht wird. Ferner entspricht die bis zu einer Zeit t durch den Kurvenverlauf 46 eingeschlossene Fläche ei¬ ner bis zu dieser Zeit ausgegebenen Kühlmittelmenge. Ein Teilabschnitt eines Strangabschnitts tritt zum Zeitpunkt t io in den Kühlbereich ein und zum Zeitpunkt t2o aus diesem aus und wird zwischenzeitlich mit einer Kühlmittelmenge Q beauf- schlagt. Dabei entspricht die auf den Teilabschnitt aufge¬ brachte Kühlmittelmenge Q der durch einen strichliert darge¬ stellten Bereich 48 eingeschlossenen schraffierten Fläche unter dem Kurvenverlauf 46.
Tritt ein weiterer Teilabschnitt des Strangabschnitts - ver¬ deutlicht durch einen Bereich 50 - zum Zeitpunkt t3o in den Kühlbereich ein und zum Zeitpunkt t4o aus diesem aus, wird er mit der gleichen Kühlmittelmenge Q beaufschlagt. Beide Teilabschnitte des Strangabschnitts durchlaufen den
Kühlbereich in einer gleichen Durchlaufzeit tn - besitzen al¬ so bei anzunehmender gleicher Geschwindigkeit v die gleiche Länge bzw. Fläche - und werden mit derselben Kühlmittelmenge Q beaufschlagt. Demnach weist der durch den Kühlbereich ge- förderte, durch die beiden Bereiche 48 und 50 gebildete
Strangabschnitt am Ende des Kühlbereichs eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschlagungsdichte auf .
Die jeweilige Durchlaufzeit tn der Bereiche 48 und 50 durch den mit dem mittleren Kühlmittelfluss q beaufschlagten Kühlbereich beträgt die zweifache Periodendauer tp.
Dabei wird die Durchlaufzeit tn durch die Länge des Kühlbe¬ reichs L i und die Stranggeschwindigkeit v bestimmt.
Verschiebt man gedanklich einen der strichliert eingezeichne¬ ten Bereiche 48, 50 längs der Zeitachse t, was einer Förde¬ rung des Strangabschnitts durch den Kühlbereich gleichkommt, wird stets die gleiche schraffierte Fläche eingeschlossen und folglich eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschlagungsdichte erreicht . Dies wird erreicht, da die Periodendauer tp des Steuersignals 46 in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v des Strangabschnitts 4 und/oder der Länge des Kühlbereichs L i und/oder des Sprühprofils 34 der Kühldüsen 10 festgelegt wird.
FIG 4 zeigt in Analogie zu FIG 3 die Zusammenhänge bei einem dreieckförmigen Sprühprofil der Kühldüsen in Förderrichtung eines Strangabschnitts. Die nachfolgende Beschreibung be¬ schränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Aus- führungsbeispiel in der FIG 3, auf das bezüglich gleich blei¬ bender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert und nicht erwähnte Merkmale sind in den folgenden Ausführungsbeispielen übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind.
Insbesondere zeigt FIG 4 einen Steuersignalverlauf 52 und zwei Bereiche 54 und 56 eines Strangabschnitts. Die Bereiche 54, 56 des Strangabschnitts treten zu den Zeitpunkten tso bzw. t6o in den Kühlbereich ein und zu den Zeitpunkten t7o bzw. tso aus dem Kühlbereich aus und werden mit derselben Kühlmittelmenge Q beaufschlagt. Demnach weist der durch den Kühlbereich geförderte, durch die beiden Bereiche 54, 56 gebildete
Strangabschnitt am Ende des Kühlbereichs eine gleichmäßige Kühlmittelbeaufschlagungsdichte auf. Maßgeblich hierfür ist, dass die Periodendauer tp ein geradzahliges Vielfaches der Durchlaufzeit tn beträgt.
FIG 5 zeigt ein Diagramm eines Frequenzspektrums des Drucks (Ordinate: p (bar), Abszisse: f (Hz)) des Kühlmittels 12 in der Zuleitung 14 der Kühleinrichtung 2 aus FIG 1 bei Betätigung eines der Schaltventile 10. Der Druck p (bzw. 26, vgl. FIG 1) kann mit dem Sensor 24 der Messeinrichtung 16 ermittelt werden. Das Frequenzspektrum wird durch die Ermittlungs- einrichtung 18 (siehe FIG 1) aus einem Zeitverlauf des Drucks ermittelt, hier mittels einer sogenannten FFT-Analyse (Fast- Fourier-Transformation) . Es ist auch möglich eine sogenannte Teil-FFT-Analyse durchzuführen, d.h. eine Fast-Fourier- Transformation für einen bestimmten Frequenzbereich.
Das Frequenzspektrum weist eine Resonanzüberhöhung 58 bei ei- ner Frequenz f von etwa 75 Hz auf. Die Resonanzüberhöhung 58 kommt durch einen Druckstoß in der Kühlmittelzuleitung 14 zustande, der durch das Schalten eines der Schaltventile 10 verursacht wird. FIG 6 zeigt ein Diagramm eines Frequenzspektrums des Kühlmit¬ teldruckes (Ordinate: p (bar), linke Abszisse: f (Hz)) bei Betätigung mehrerer der Schaltventile 10 (rechte Abszisse: Ventilnummer n (-) ) . Der Kühlmitteldruck p wird wiederum an der Messstelle 22 ermittelt.
Das Frequenzspektrum weist eine Resonanzüberhöhung 60 bei einer Frequenz f von etwa 75 Hz auf. Dabei steigt die Amplitude der Resonanzüberhöhung 60 über der Ventilnummer n an. Dieser Anstieg kann durch einen im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorhandenen größeren Abstand mit aufsteigender Ventilnummer n zur Messstelle erklärt werden, wodurch eine hydraulische Induktivität steigt und höhere Druckspitzen im Kühlmittel 12 induziert werden.
Zur Ermittlung eines Fehlerzustands an der Kühleinrichtung 2, insbesondere an den Schaltventilen 8 und/oder den Kühldüsen 10, wird das Frequenzspektrum - insbesondere der Verlauf der Resonanzüberhöhung 60 - durch die Ermittlungseinrichtung 18 mit einem Referenzverlauf verglichen.
Aus der mittels des Vergleichs festgestellten Abweichung zwischen dem Referenzverlauf und dem Verlauf der Resonanzüberhö¬ hung kann beispielsweise auf einen Verstopfungsgrad einer der oder mehrerer der Schaltventile 8 und/oder Kühldüsen 10 geschlossen werden. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt in der kontinuierlichen und damit online - also während eines regulären Stranggießprozes¬ ses - möglichen Fehlerdetektion . FIG 7 zeigt ein Diagramm mit einem Vergleich zweier Frequenzverläufe 62 und 64 des Kühlmitteldrucks p (Ordinate: p (bar), Abszisse: f (Hz)) bei Vorliegen eines Fehlerzustands an einem der Schaltventile 8 und/oder Kühldüsen 10 aus FIG 1. Dabei beziehen sich die Verläufe 62 und 64 auf die Ansteuerung ei- nes einzelnen der Schaltventile 10.
Der Frequenzverlauf 62 gibt einen fehlerfreien Zustand wie¬ der, stellt also einen Referenzfrequenzverlauf dar. Der Fre¬ quenzverlauf 64 stellt sich beispielsweise bei einem ver- stopften, nicht schaltbaren oder auf sonstige Weise nicht schaltbaren Schaltventil und/oder einer beeinträchtigten Kühldüse ein. Durch den Vergleich zwischen den beiden Frequenzverläufen 62 und 64 kann eindeutig ein Fehlerzustand ermittelt werden.
FIG 8 zeigt ein Diagramm mit einem Druckverlauf 66 über der Zeit (Abszisse: t (s) ) bei Ansteuerung der Schaltventile 8 aus FIG 1 mit einem Schalttestzyklus 68, der durch den zeit¬ lichen Verlauf der Steuersignale festgelegt ist. Die Ermitt- lung eines Fehlerzustands kann dabei wiederum durch einen
Vergleich mit einem Referenzverlauf oder alternativ durch einen Abgleich der Druckspitzen 70 untereinander erfolgen.
Es ist möglich, den Druckverlauf 66, bzw. ein den Druckver- lauf 66 beschreibendes Signal, mit einem geeigneten Faltungs¬ signal zu falten. Das Faltungssignal kann dabei so gewählt werden, dass eine Verstärkung und/oder eine Rauschunterdrü¬ ckung möglichst vorteilhaft sind. Beispielsweise kann eine Funktion sin2 (t) als Faltungssignal bzw. -funktion gewählt werden. Ferner ist es möglich, das Schaltventilverhalten und die daraus resultierenden zeitlichen Ableitungen zu betrachten . Es ist vorteilhaft, wenn der Schalttestzyklus mit über der Schalttestzyklusdauer gleichmäßig verteilten Schaltungen festgelegt wird. Die FIGen 9 bis 11 zeigen eine schematische Darstellung eines Optimierungsverfahrens zur Minimierung einer Volumenstromschwankung des Kühlmittels 12 in der Kühlmittelzuleitung 14 von FIG 1. Durch die Minimierung der Volumenstromschwankung kann einer ungewollte Beeinflussung der Kühlmittelbeauf- schlagungsdichte entgegenwirkt werden.
Werden die Steuersignale zur Ansteuerung der Schaltventile mit gleichen Pulsweitenverhältnissen festgelegt, so kann ein einfacher Ansatz verwendet werden:
Beispielsweise kann durch eine variable Verzögerungszeiten tz (siehe FIG 2) zwischen den Pulsfolgen der Steuersignale, die Rückwirkungen auf das übergeordnete Versorgungssystem - also die Volumenstromschwankung - minimiert werden: Für diesen einfachen Ansatz zur Festlegung der Steuersignale wird beispielhaft eine Gruppe von 6 Schaltventilen (vgl. FIG 1, 8) mit 6 nachgeschalteten Kühldüsen 10 betrachtet, welche mit einer Trägerfrequenz F von 1 Hz und gleichem Pulsweitenverhältnis K von 50 % angesteuert werden. Bei gleichzeitigem Schalten der Schaltventile werden unerwünscht starke Druck¬ stöße in der gemeinsamen Kühlmittelzuleitung 14 induziert, die zu Volumenstromschwankungen und damit zu einer ungewollten Beeinflussung der Kühlmittelbeaufschlagungsdichte führen können .
Werden die Schaltventile zeitversetzt angesteuert, mit z.B. jeweils 0,1 s Verzögerung, so lässt sich die unerwünschte Systemrückwirkung reduzieren. Werden die Steuersignale zur Ansteuerung der Schaltventile allerdings mit unterschiedlichen Pulsweitenverhältnissen κ festgelegt, so kann dieser einfache Ansatz nicht mehr verwendet werden und es ist vorteilhaft, das in den FIGen 9 bis 11 illustrierte Optimierungsverfahren zur Festlegung der Steuersignale zu verwenden.
Dazu wird ein Frequenzspektrum des Durchflusses bzw. des Vo- lumenstroms des Kühlmittels 12 durch die Kühlmittelzuleitung 14 ermittelt. Die Ermittlung dieses Frequenzspektrums kann beispielsweise aus dem mit dem Sensor 24 der Messeinrichtung 16 ermittelten Druck p - zur mittelbaren Ermittlung des Volumenstroms - des Kühlmittels 12 oder durch eine unmittelbare Ermittlung des Volumenstroms und einer darauffolgenden FFT mittels der Ermittlungseinrichtung 18 erfolgen.
Es ist möglich, dass Frequenzspektrum mittels einer Simulationsmethode, beispielsweise im Rahmen einer sogenannten Vorab- Simulation, zu ermitteln. Es vorteilhaft, hierfür gängige Si¬ mulationswerkzeuge zu nutzen.
Das Frequenzspektrum des Durchflusses A wird in einen konstanten und einen trigonometrischen Term aufgespaltet, wobei der trigonometrische Term sowohl vom Pulsweitenverhältnis κ als auch den Schaltverzögerungszeiten tz abhängig ist.
FIG 9 zeigt das Ergebnis dieser Zerlegung bei einer Schaltung von zwei Schaltventilen in Zeigerschreibweise in der komple- xen Zahlenebene 72 (Abszisse: Realteil Re, Ordinate: Imagi¬ närteil, Im) . Dabei hängen die Beträge der Durchflüsse Ai und A2 vom jeweiligen Pulsweitenverhältnis k des das jeweilige Schaltventil ansteuernden Steuersignals ab. Die Phasenver¬ schiebungen φι bzw. (j>2 sind von der jeweiligen Verzögerungs- zeit tz abhängig.
Der resultierende Zeiger 74 mit dem betragsmäßigen Gesamt- durchfluss Av muss hierbei minimiert werden. FIG 10 zeigt das Ergebnis der Optimierung für den exemplarischen Fall, dass zehn Schaltventile durch zehn Steuersignale mit gleichen Pulsweitenverhältnissen κ angesteuert werden. Als Ergebnis liefert die Optimierung zehn in der komplexen Zahlenebene um die gleiche optimierte Phasenverschiebung 76 (Δφ) gedrehte Durchflüsse Ai bis Ai o . Die Optimierung kann mit einem genetischen Algorithmus, einem gradientenbasierten Optimierungsverfahren oder dergleichen erfolgen. Optimiert wird eine Kostenfunktion, die durch die Summe der Betragsquadrate der komplexen Zeiger Av, aufsummiert über alle betrachteten Fourierterme, beschrieben werden kann.
FIG 11 zeigt eine alternative grafische Darstellung des Opti¬ mierungsergebnisses .
Bezugs zeichenliste
2 Kühleinrichtung
4 Strangabschnitt
6 Kühlbereich
8 Schaltventile
10 Kühldüsen
12 Kühlmittel
14 KühlmittelZuleitung
16 Messeinrichtung
18 Ermittlungseinrichtung
20 Steuereinrichtung
22 Messstelle
24 Sensor
26 Druck
28 Signalleitungen
30 Strangführungsrollen
32 Förderrichtung
34 Sprühprofil
36 Ende Kühlbereich
38, 40, 42, 44 Steuersignal
46 Steuersignal
48, 50 Bereich
52 Steuersignal
54, 56 Bereich
58, 60 Resonanzüberhöhung
62 Referenzfrequenzverlauf 64 Frequenzverlauf
66 Druckzeitverlauf
68 Schalttestzyklus
70 Druckspitzen
72 komplexe Zahlenebene
74 resultierender Zeiger
76 optimierte Phasenverschiebung t Zeit
tio, t2o, t3o, t4o Zeitpunkt
t5o, t6o, t70, t80 Zeitpunkt
tn Durchlaufzeit
tp Periodendauer
ti Pulsdauer
tz Zeitverzögerung
u Signalzustand
v Geschwindigkeit
K Pulsweitenverhältnis
φ/ φΐ/ Φ2 Phasenverschiebung
Δφ optimierte Phasenverschiebung
Ai bis Aio Kühlmitteldurchfluss
Av resultierender Kühlmitteldurchfluss
F Trägerfrequenz
L, Li Länge Kühlbereich
T Trägerfrequenz
q Kühlmittelfluss
Q Kühlmittelmenge

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kühlung eines Strangabschnitts (4) eines me¬ tallischen Strangs in einem Kühlbereich (6) einer Stranggieß- maschine mit einer Kühleinrichtung (2), aufweisend jeweils mehrere Schaltventile (8) und Kühldüsen (10), bei dem
- der Strangabschnitt (4) zur Kühlung durch den Kühlbereich (6) gefördert wird und
- die Schaltventile (8) durch binäre pulsweitenmodulierte Steuersignale (38-46, 52) angesteuert werden, wodurch
Kühlmittelflüsse (q) durch die Kühldüsen (10) abwech¬ selnd freigegeben oder unterbrochen werden, wodurch ein Kühlmittel (12) zur Kühlung intermittierend auf den Strangabschnitt (4) in dem Kühlbereich (6) aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die binären pulsweitenmodulierten Steuersignale (38-46, 52) derart festgelegt werden, dass zumindest eines der Steuersignale (38-46, 52) eine Phasenverschiebung (φ, φι, φ2, Δφ) zu einem weiteren der Steuersignale (38-46,
52) aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung (Δφ) ei- nes der Steuersignale (38-46, 52) unter Verwendung eines nu¬ merischen Optimierungsverfahrens zur Minimierung einer Volumenstromschwankung des Kühlmittels (12) festgelegt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Steuersignale (38-46, 52) mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen (T) festgelegt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trägerfrequenz (T) eines der Steuersignale (38-46, 52) in Abhängigkeit einer Geschwin¬ digkeit (v) des Strangabschnitts (4) und/oder einer Länge des Kühlbereichs (L, L i ) und/oder eines Sprühprofils (34) der Kühldüsen (10) festgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Steuersignale (38-46, 52) mit unterschiedlichen Pulsweitenverhältnissen (κ) festgelegt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulsweitenverhältnis (κ) ei- nes der Steuersignale (38-46, 52) in Abhängigkeit eines
Fehlerzustands der Kühleinrichtung (2) festgelegt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt zur Kühlung eines Strangabschnitts (4) in einem Kühlbereich (6), in dem zumindest zwei der Kühldüsen (10) in einer Förderrichtung (32) des Strangabschnitts (4) hinterei¬ nander angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines Fehlerzu¬ stands der Kühleinrichtung (2)
- eine den physikalischen Zustand des Kühlmittels (12) be¬ schreibende Zustandsgröße (p, 26) im Bereich einer zu¬ mindest mehreren der Schaltventile (8) und/oder mehreren der Kühldüsen (10) gemeinsamen Kühlmittelzuleitung (14) ermittelt wird,
- ein Verlauf (58, 60, 64, 66) der Zustandsgröße (p, 26) mit einem Referenzverlauf (62) verglichen wird und
- in Abhängigkeit des Vergleichs ein Fehlerzustand zumin- dest eines der Schaltventile (8) und/oder einer der
Kühldüsen (10) der Kühleinrichtung (2) ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung eines Verlaufs der Zustandsgröße (p, 26) ein Frequenzspektrum (58, 60, 64) der Zustandsgröße (p, 26) ermittelt und mit einem Referenz¬ frequenzspektrum (62) verglichen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ermittlung der Zu- standsgröße (p, 26) zumindest eines der Schaltventile (8) durch ein Steuersignal (38-46, 52) mit einer temporär erhöh- ten Schalttestfrequenz angesteuert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße (p, 26) mit einem Drucksensor (24) und/oder einem Durchflusssensor und/oder einem Schallsensor und/oder einem Beschleunigungssensor ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt in einem von mehreren Kühlbereichen (6) der
Stranggießmaschine.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
eingesetzt jeweils in mehreren Kühlbereichen (6) der Stranggießmaschine .
14. Kühleinrichtung (2), aufweisend Schaltventile (8), Kühl¬ düsen (10), ein Kühlmittel (12) und eine Steuereinrichtung (20), welche Steuereinrichtung (20) zur Festlegung von binären pulsweitenmodulierten Steuersignalen (38-46, 52) und zur Ansteuerung der Schaltventile (8) mit den Steuersignalen (38- 46, 52) vorbereitet ist, zur Kühlung eines metallischen
Strangabschnitts (4) in einem Kühlbereich (6) einer Stranggießmaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) zur Festlegung einer Phasenverschiebung (φ, φι, (j>2, Δφ) eines der Steuersignale (38-46, 52) vorbereitet ist.
15. Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) zur Festlegung einer Trägerfrequenz (F) und/oder eines Pulsweitenverhältnissen (K) eines der Steuersignale (38-46, 52) vorbereitet ist.
16. Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch
- eine Messeinrichtung (16), aufweisend einen Sensor (24), der zur Ermittlung einer den Zustand des Kühlmittels (12) beschreibenden Zustandsgröße (p, 26) im Bereich einer zumindest mehreren Schaltventilen (8) und/oder Kühldüsen (10) gemeinsamen Kühlmittelzuleitung (14) vorbereitet ist, und
- eine Ermittlungseinrichtung (18), vorbereitet zum Ver- gleich eines Verlaufs (58, 60, 64, 66) der Zustandsgröße
(p, 26) mit einem Referenzverlauf (62) und zur Ermitt¬ lung eines Fehlerzustands der Kühleinrichtung (2) in Abhängigkeit des Vergleichs.
17. Kühleinrichtung (2) nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinrichtung (18) zu einer Ermittlung eines Frequenzspektrums (58, 60, 64) der Zustandsgröße (p, 26), zum Vergleich des Frequenzspektrums (58, 60, 64) der Zustandsgröße (6, 26) mit einem Referenzfre- quenzspektrum (62) und zur Ermittlung defekter Schaltventile (8) und/oder Kühldüsen (10) unter Verwendung des Vergleichs vorbereitet ist.
18. Kühleinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) zur Festlegung einer Phasenverschiebung (φ, φι, (j>2, Δφ) eines der Steuersignale (38-46, 52) in einem von mehreren Kühlbereichen (6) der Stranggießmaschine vorbereitet ist.
19. Kühleinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) zur Festlegung einer Phasenverschiebung (φ, φι, φ2, Δφ) eines der Steuersignale (38-46, 52) jeweils in mehreren Kühlbereichen (6) der Stranggießmaschine vorbereitet ist.
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